農村電網智能化建設的關鍵技術研究

趙文平 孔祥宇 周湛宇

摘要：農村地區作為經濟發展的重要組成部分，其電網建設對于支撐整體經濟活動至關重要。然而，當前的農村電網建設仍然存在諸多問題，如基礎設施落后、運行效率低下等。為了解決這些問題，借助先進的技術，對農村電網進行智能化改造。本文將深入探討農村電網智能化建設的關鍵技術，包括智能電網控制中心、智能變電站以及智能線路技術等方面的最新研究成果。通過對這些技術的深入分析，旨在找到優化農村電網運營的有效路徑，以供參考。

關鍵詞：農村電網；智能化；建設；技術

DOI：10.12433/zgkjtz.20240925

一、目前農村電網建設現狀分析

數據顯示，截至2022年，農村地區仍有約10%的村莊尚未接入穩定的電網供電。與此同時，農村電網的故障率是城市電網的兩倍。這一現狀反映出農村電網基礎設施相對滯后，仍然依賴傳統的建設方式和技術。根據近年的統計數據，農村地區的電力損耗率達到8%，而同期城市地區的電力損耗率僅為5%。這種損耗主要來自農村電網中存在的過時設備、電線老化和管理不善等因素。此外，在過去的五年中，農村電網事故的數量是城市電網的三倍，其中，由于老舊設備和維護不當造成的事故占比高達70%。

結合以上數據，可知農村電網在基礎設施、運行效率和安全性方面存在問題。這不僅影響了農村居民的生活質量，也為農村經濟的發展帶來了障礙。而隨著科技的進步，智能技術提供了解決問題的新途徑。農村電網智能化不僅能夠有效提高電網的運行效率，還能夠通過先進的監控和管理系統，確保電網的安全穩定運行。此外，智能電網還可以為農村地區帶來更多的發展機會，如新能源的接入和發電量的優化管理。因此，農村電網的智能化建設不僅是一種技術升級，更是對農村地區未來發展的重要保障。

二、智能配電網的主要特點

智能配電網作為現代電網技術的重要方向，具備一系列獨特而卓越的特點，讓它在電力系統中占據了核心的地位。

首先，自適應性是智能配電網的特點之一。傳統的配電網設計固定且僵化，當遇到異常或突發情況時，難以及時作出調整。相比之下，智能配電網能夠依據實時數據、用戶需求和電網狀況，動態地進行自我調整和優化。例如，當某一區域的電力需求突然增加時，智能配電網可以自動重新分配電力，確保穩定供電，從而避免大范圍的停電和設備損壞。

其次，智能配電網的互聯性也十分出色。在高度數字化的時代，各種設備和系統都互相連接，形成了一個復雜的網絡。智能配電網通過高度的通信和控制技術，將發電、輸電、配電、儲能等多個環節緊密結合起來，形成統一的整體。這不僅使得電網的運營更為高效，還能夠實現多種資源的互補和整合，為用戶提供更加穩定和清潔的電力。

最后，智能配電網具備強大的數據處理和分析能力。傳統的配電網往往缺乏有效的數據采集和處理手段，而智能配電網則通過先進的傳感器和計算平臺，實時地收集、傳輸和分析大量的電網數據。這些數據不僅幫助電網運營商了解電網的實時狀況，還可以通過深度學習和人工智能技術，預測未來的電力需求和潛在的風險，為決策提供有力的支持。

三、農村電網智能化建設的關鍵技術

（一）智能電網控制中心

農村電網的智能化是電力系統現代化的關鍵部分，其中，智能電網控制中心又是其中的重要組成部分，它作為整個電網的大腦，負責監控、控制和管理各個子系統，確保電網的穩定、高效和安全運行。

1.可視化的操作平臺

在現代的電力系統中，數據是關鍵。無論是設備的狀態、電流的流動還是系統的性能，都會產生大量的數據。因此，如何高效地理解和使用數據，成為電網運營的重要挑戰。這正是可視化操作平臺發揮其作用的地方。

可視化操作平臺采用先進的圖形用戶界面，將復雜的數據轉化為圖形、圖表和動畫，為操作人員提供直觀、易于理解的界面。例如，電網的實時狀況可以通過一個動態的電網拓撲圖來展示，其中每個節點、線路和設備都有其獨特的顏色和形狀，反映其當前的狀態和性能。

此外，可視化操作平臺還提供了多種工具和功能，幫助操作人員迅速定位故障和異常。例如，當某個設備出現問題時，該設備在拓撲圖上會變色或閃爍，引起操作員的注意。

2.預測功能

預測功能是智能電網控制中心的核心技術之一。通過對歷史數據的分析和模型的建立，預測功能可以為電網運營商提供關于未來的有價值的信息，幫助其提前做好準備和決策。

預測功能的基礎是大數據和機器學習技術。首先，電網運營商需要收集大量的歷史數據，包括電力需求、設備狀態和故障記錄等。接著，運營商使用機器學習算法，如回歸、分類和聚類等，對數據進行分析，建立預測模型。

設Y為未來的電力需求、X為歷史數據，預測模型可以表示為：

其中，是一個機器學習算法，如線性回歸、決策樹或神經網絡等。

通過預測模型，電網運營商不僅可以預測未來的電力需求，還可以預測設備的壽命、維護的時間和可能的故障。這種預測功能為電網運營商提供了前瞻性的視角，幫助其優化資源的分配、降低運營成本和提高服務質量。

3.調度與交易功能

隨著全球電力市場的日益復雜化，電網與各種參與者——包括生產商、消費者和中間商——的互動也變得越來越緊密。這些互動不僅包括電力的買賣，還涉及各種復雜的合約、價格機制和市場規則。因此，如何在這樣一個復雜的環境中確保電力的穩定供應，成為電網運營商的首要任務。

調度與交易功能正是為了解決這一問題而生。它通過先進的算法和數據分析，為電網運營商提供了自動化、高效和智能的決策工具。例如，當電網的供應出現短缺時，調度功能可以自動計算并決定從哪個生產商購買電力，以及購買的數量和價格，確保電網的穩定運行。

設為電網的需求、為電網的供應、為電力的成本，調度函數可以表示為：

其中，為購買的電力量；是最低的電力成本。

4.虛擬電廠

在快速發展和競爭激烈的電力市場中，如何提高電網的運營水平，成為電網運營商的核心關注點。虛擬電廠技術正是為了解決這一問題而生，借助先進的數字技術，虛擬電廠可以模擬真實的電網運行狀況，為操作員提供一個安全的實驗環境。與真實的電網相比，虛擬電廠具有更高的靈活性和控制性，可以幫助操作員快速地測試和驗證各種策略、設備和技術。例如，電網運營商要測試一個新的調度算法，首先在虛擬電廠中進行測試，觀察其對電網的影響，然后決定是否在真實的電網中實施。這種方法不僅節省了成本，還大大提高了電網的安全性和可靠性。

此外，虛擬電廠還可以用于培訓新的操作員。在真實的電網環境中，任何錯誤都可能導致嚴重的后果。但在虛擬電廠中，操作員可以自由地嘗試和學習，不用擔心風險和損失。

5.鏡像

在電網的運營中，數據無疑是最寶貴的資源。每一剎那的電力流動、設備狀態以及用戶行為都會生成大量的數據，為電網運營商提供決策的基礎。因此，如何確保數據的完整性和安全性，成為智能電網控制中心的重要任務。鏡像技術正是為了解決這一問題而生。它通過實時地備份關鍵數據，為電網運營商提供安全的數據環境。當電網出現故障或遭受攻擊時，運營商迅速恢復數據，確保電網的正常運行。

6.智能保護整定

電網的穩定運行，離不開各種保護設備的工作。這些設備通過實時地監測電網的狀態，及時作出反應，防止電網的過載、短路和故障。但在快速變化的電力市場中，如何確保設備的正確和高效工作成為重要的問題。

智能保護整定技術基于實時的電網數據和先進的算法，自動調整保護設備的參數。例如，當某個線路的電流超過閾值時，保護設備會自動增大其敏感度，確保電網的穩定運行。

其中，是保護設備的電流閾值；是線路的最大電流。

7.電網安全監測

電網的安全不僅關乎每個用戶的利益，還關乎整個社會的穩定。因此，如何確保電網的安全運行，成為電網運營商的首要任務。

電網安全監測技術正是為了解決這一問題而生。它通過各種傳感器和檢測設備，實時監測電網的物理和網絡安全狀況。例如，當某個線路的溫度超過閾值時，監測設備會自動發出警報，提醒運營商采取措施。

（二）智能變電站的關鍵技術

隨著電力技術的迅猛發展，變電站作為電網系統的核心環節，也正經歷著一場技術革命。傳統的變電站往往依賴人工進行監控和維護，而現代的智能變電站則采用了一系列先進的技術，為電網運營商提供了更加高效、安全和穩定的服務。

1.自治技術

電網系統中每個設備、線路和節點都可能成為故障的源頭。因此，如何快速、準確地定位并處理故障，成為變電站的重要任務。

通過實時地監測變電站的狀態，自治技術可以自動識別并處理各種故障，無須人工干預。例如，當某個設備出現故障時，自治技術會自動將其與電網隔離，并通知運營商進行維護。

其中，是故障檢測率；是故障設備的數量；是設備的總數量。據統計，利用自治技術，變電站的故障檢測率提高了約30%。

2.實時建模技術

為了確保變電站的穩定運行，運營商需要進行持續的監控和分析。實時建模技術為運營商提供動態、高分辨率的變電站模型，幫助其了解變電站的實時狀況和潛在的風險。基于傳感器收集的大量數據，實時建模技術可以生成一個與真實變電站相對應的數字模型。這種模型不僅可以反映變電站的結構和狀態，還可以模擬各種電力流動和故障。

3.協調關鍵技術

各個變電站需要相互協調，確保電網的穩定供電。協調關鍵技術通過先進的通信和計算技術，為變電站提供自動化、高效的協調平臺。例如，當某個變電站的電力供應出現短缺時，協調關鍵技術會自動向其他變電站請求支援，確保電網的穩定運行。數據顯示，利用協調關鍵技術，變電站的電力調度效率提高了約40%。

（三）智能線路的關鍵技術

智能電網中的電線不僅僅是傳統意義上的導電線路，它們在現代電力系統中起到了更加復雜和智能的作用。為了滿足可靠、高效和環保的電力傳輸需求，智能線路集成了一系列先進的技術，為現代社會提供穩定的電力服務。

1.基礎設施技術

隨著電網的擴展和更新，傳統的線路基礎設施需要持續優化和升級。基礎設施技術旨在提高線路的傳輸效率和可靠性，降低能源損失和環境影響。這涉及線路的材料、設計和制造技術。例如，超導線路技術利用了特定溫度下材料的零電阻特性，大大提高了電力的傳輸效率。

其中，表示線路的能源損失；是電流；是線路的電阻。當使用超導線路時，由于接近零，因此也將大大減少。

2.智能檢修和遠程監控技術

為了確保電網的穩定運行，及時檢修和維護是至關重要的。然而，傳統的檢修方法往往依賴人工，既費時又費力，智能檢修和遠程監控技術為運營商提供了自動化、高效和準確的解決方案。利用先進的傳感器和通信技術，智能線路可以實時監測其狀態，自動識別并報告各種故障和異常。例如，當線路出現短路或過載時，傳感器會立即檢測到這一變化，并自動發送警報，通知運營商采取措施。此外，遠程監控技術還允許運營商在遠程中心實時地查看和控制線路的狀態，大大提高了檢修的效率和效果。

四、結語

農村電網智能化建設是一項長遠且復雜的任務，存在挑戰和機遇。而智能技術，如智能電網控制中心、智能變電站和智能線路的關鍵技術，提供了解決問題的可能途徑。這些技術的實施不僅可以提高電網的運營效率，還可以確保電網的長期安全和穩定。未來，隨著技術的持續創新和逐步完善，農村地區的電網建設將逐漸朝向更加智能、高效和環保的方向發展。每個技術進步都代表著對農村地區居民生活質量的改善和對當地經濟的提振，而背后的每個創新都離不開科研人員、技術工程師和電網運營商的共同努力和追求。相信在不遠的未來，智能電網將成為農村地區經濟發展的堅實后盾，也會成為推動社會進步的重要力量。

參考文獻：

[1]農村電氣化專業發展報告節選（一）——農村電網建設模式及農村電氣化適用技術[J]. 農村電氣化，2020，（01）：5-15.

[2]周建方. 堅持守正創新 強化專業引領 為農村電氣化提升工程貢獻力量——農村電氣化專業委員會第六屆委員會工作報告[J]. 農電管理，2019（07）：11-15.

[3]趙晨星，趙志偉，蘇靜. 淺析我國建設農村電網智能化的關鍵技術[J]. 山西農經，2018，（15）：110.

作者簡介：趙文平（1988），男，北京市人，碩士，工程師，研究方向為電能替代及綜合能源。